(57)【要約】【課題】ターボ過給された内燃機関エンジンを提供するために空気の流れに旋回運動を与えるためのデバイスを提供する。【解決手段】デバイスは、エンジンを給するための過給機5の上流に空気を供給するためにダクトの間に配置されるように設計されている。デバイスは、ダクト20の肘形状部分および部分化手段23を備える。部分化手段は、肘形状部分の上流ブランチ21の通路の部分を、ダクトの全部分の一部を構成し、ダクトの壁に隣接している領域に制限することができる。このように、肘部分の下流ブランチ22は、下流ブランチ22において空気の螺旋形の流れを生じさせる接線方向の流れによって到達する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に、過給機の上流に排気ガス再循環(EGR)を備えたタイプの、ターボ過給された内燃機関エンジンを提供するために空気の流れ(F)に旋回運動を与えるためのデバイスであって、
上流ブランチ(21)及び下流ブランチ(22)の間で角度を形成する上流ブランチ(21)及び下流ブランチ(22)を持った、供給空気用のダクト(20)の肘形状をしている部分と、
上流ブランチから下流ブランチへの方向の変化の結果として、実質的に螺旋形経路に従って下流ブランチを横断させるダクトの壁に隣接する集中した接線方向の流れによって前述の肘部分(20)の下流ブランチ(22)が到達するように、ダクトの壁(21b)に隣接していて、ダクトの全部分の一部分だけを構成する領域(27)に対して流体の通路部分を制限することができる、上流ブランチ(21)を通して空気が流れる通路部分を部分化するための手段と、を備えていることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記部分化手段は、ダクトの前述の肘部分(20)の上流ブランチ(21)に軸(25)を中心にして振れるように取り付けられた翼(24)を持ったスロットルバルブ(23)を備えることを特徴とする、請求項１記載のデバイス。
【請求項３】
上流ブランチ(21)は断面が方形形状をして、翼(24)の揺動軸(25)が、ダクトの上流ブランチ(21)の二つの対向壁(21a)に対して直交しており、
翼の一つの端がダクトの壁に接するときに、通路(27)の前述の領域を自由にしたままにするためにダクトの対面壁(21b)から離れてセットされるように、揺動軸(25)が、上流ブランチ(21)の重心軸(A)から離れてセットされることを特徴とする、請求項２記載のデバイス。
【請求項４】
下流ブランチ(22)は断面が円形であることを特徴とする、請求項２記載のデバイス。
【請求項５】
前記翼(24)が空気力学的翼を持ったプロフィールを持っていて、その結果、上流ブランチ(21)の軸(A)に関する翼(24)の傾斜が小さくなっているときに、全ての流れがダクト(21)の壁(21b)の方向に翼によってそらされるように、翼の二つの対向面を包む空気の流れは、翼に付着し続けようとすることを特徴とする、請求項３記載のデバイス。
【請求項６】
エンジンに空気を供給するためのダクト(4)の間に配置された過給機(5)を備え、
過給機(5)の上流に供給ダクト(4)の間に配置された請求項１乃至５のいずれかの一つに記載されたデバイスを備えることを特徴とする内燃機関エンジン。
【請求項７】
前述のデバイスが、排気ガスの再循環用のダクト(16)の合流点(18)の上流に供給ダクト(4)の間に配置されることを特徴とする、請求項６記載の内燃機関エンジン。
【請求項８】
前記排気ガス再循環ダクト(16)は、過給機(5)を駆動するためのタービン(8)の上流と、微粒子のフィルタ(10)の上流とにある、エンジンの排気ダクト(7)から分岐していることを特徴とする、請求項７記載の内燃機関エンジン。
【請求項９】
エンジンの毎分回転数及び負荷を示す信号に従って前述のスロットルバルブを制御するためのアクチュエータ手段を制御して、所定の基準に従って、負荷および毎分回転数が大きくなったときにスロットルバルブの開口の度合いを大きくすることができる電子制御装置を備えていることを特徴とする、請求項６記載の内燃機関エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ過給された内燃機関エンジンを提供するために空気の流れに回転(旋回)の動きを与えるためのデバイスに関し、特に排気ガスの再循環を過給機の上流で行うタイプのデバイスに関する。
【０００２】
排気ガスの再循環が過給機の上流で行われる(つまり供給ダクトの低圧の伸び(stretch)で)ターボ過給された内燃機関エンジンは、本出願人の名で出願された特許文献１の主題を形成している。このタイプのエンジンでは、過給機の上流におよび排気ガスの再循環用のダクトの合流点の上流に、空気を供給するためのダクトにスロットルバルブが設けられている。
【０００３】
【特許文献１】ヨーロッパ特許出願第04 425 279号
【発明の開示】
【０００４】
本発明の目的は、スロットルバルブで伝統的に得られるエンジン吸気を部分化すること（partialization）の機能を行なうことのできる一方で、過給機の運転（operation）効率の増加を可能にする回転（旋回）又は前回転（前旋回）の動きを吸気口で空気の流れに過給機に与える（impart）ことのできるデバイスを提供することである。
【０００５】
より一般に、本発明の目的は、例えば、前記エンジンがターボ過給されているが、過給機の上流に排気ガス再循環(EGR)システムを備えていない場合にも、内燃機関エンジンを提供するために空気の流れに回転(旋回)または前回転(前旋回)の動きを与えることができるデバイスを提供することである。
【０００６】
これらの目的およびさらなる目的を達成するために、本発明は、主に、互いの間で角度を形成する上流ブランチ及び下流ブランチを備えた、供給空気用ダクトの部分(肘の形状をしている)と、前記肘部分の上流ブランチによって流れの通路の断面（section）を部分化する手段と、を備えていて、
部分化する手段は、前述の肘部分の下流ブランチが、ダクトの壁に隣接する局所的な接線方向の流れ(それはこのように強制的である)によって到達して、上流ブランチから下流ブランチに方向転換の結果として、実質的に螺旋形の経路によって下流ブランチを横断するように、ダクトの全断面（section）の一部分だけを構成する領域（ダクトの壁に隣接している）に通路の前記断面（section）を制限することができることを特徴としている。
【０００７】
一般に、前述の部分化手段は、例えば、ダクトの完全に開口した状態と閉口した状態との間で移動することのできるゲートバルブによって、いずれかの既知の方法で作ることができる。ダクトによる供給空気の流れの通路は、ダクトの壁に隣接する前述の領域にだけ制限されている。しかしながら、好ましい実施態様では、部分化手段は、スロットルバルブの形をしている。もう一度、前記の実施態様の場合には、肘部分の上流のブランチは、断面が方形形状(長方形)をしている。また、前述のスロットルバルブは、翼（vane）によって構成される、ダクトのブランチの重心軸から離れてセットされる軸を中心にして振れる（揺動する）ように取り付けられており、その結果、スロットルバルブの閉口状態では、前記翼の一つの端エッジがダクトの上流ブランチの壁に接しており、ダクトの全断面（section）の一部分に対応する前述の領域(ダクトの壁に隣接している)を自由な状態にしておくように、反対のエッジがそれに面するダクトの壁から離れてセットされる。もう一度、好ましい実施態様の場合には、その代りに、肘部分の下流ブランチは、スロットルバルブが最大の部分化の閉口状態にあるときに、肘部分の下流ブランチを通って空気の螺旋形の流れを容易に形成する円形断面を有している。
【０００８】
本発明の好ましい実施態様に特有のさらに重要な特徴によれば、スロットルバルブを構成する前述の揺動する（oscillating）翼は、肘部分の上流ブランチの縦方向に関する翼の傾斜角が所定値よりも小さいときに、その対向面へ付着する気流を維持するように設計された、広げた翼のような形の（winged）プロフィールを備えた断面をしている。前記特徴のおかげで、スロットルバルブが最大に開いているその位置からわずかに動いたときに、それは、ダクトの壁の方へ集まる（converging）供給空気の流れをどんな場合も引き起こす。それは、肘部分の上流ブランチから下流ブランチへの流れ（passage）の方向転換に従う流れの僅かな渦に上昇を再び与える。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
上記の及びさらなる特徴や利点は、単に非限定的な例として提供される、図面を参照しながら詳細な説明を考慮することにより、どんな場合でもより理解し得るようになるであろう。
【００１０】
図１において、参照符号1は、吸気マニホルド2および排気マニホルド3を持った４シリンダ・ディーゼルエンジンの全体を示す。吸気マニホルド2は、その中に過給機5がセットされるダクト4を通して供給空気を受け入れる。ダクト4において、過給機5の上流では、冷却デバイスまたは中間冷却器6が、それ自身知られた方法でセットされている。排気マニホルド3は排気管7に接続される。その中には、タービン8及び微粒子フィルタ9がセットされている。タービン8は、回転中にそれを駆動するために、軸9によって機械的に過給機5に接続されている。示された実施例において、吸気マニホルド2のすぐ上流にある短いルートに従って排気ガスの再循環用システム11と、過給機5の上流にある長いルートに従って排気ガスの再循環用システム12との両方が想定されている。システム11はダクト13を備える。システム11はバルブ14によって制御される。また、システム11には中間冷却器15がセットされる。EGRシステム12は、バルブ17によって制御されたダクト16を備える。ダクト13は、マニホルド2の上流にある吸気ダクト4と直接に連通した排気ダクト7をセットするが、ダクト16は、過給機5の上流で、微粒子フィルタ10から吸気ダクト4の中への出口で、排気ガスまたはそれの一部分を再循環することをもたらす。
【００１１】
本発明に係るデバイス19が、EGRダクト16の合流点18の上流で、吸気ダクト4にセットされている。
【００１２】
図２は、デバイス19の模式的斜視図である。前記デバイスは、上流ブランチ21（示した実施例では長方形断面をしている）と下流ブランチ22（示した実施例では円形断面をしている）とを持った、ダクト20の肘部分を基本的に備える。示した実施例では、二つのブランチ21、22は、互いによって90°に近い角度を形成する。上流ブランチ21では、上流に、ブランチ21により空気の流れの通路の断面（section）を部分化するように設計されたスロットルバルブ23がセットされている。示した実施例では、スロットルバルブ23は翼（vane）部材24を有している。翼（vane）部材24は、軸25を中心に揺動軸のように振れるように取り付けられている。翼（vane）部材24は、ブランチ21の入口への供給空気の流れの方向に関して横断方向に（transversely）に向いており、ブランチ21の二つの対向壁21aに直交している。
【００１３】
図３からより明確に理解されるように、翼24がダクトの最大の閉口位置にあるときに(図３に示されている)、その端エッジのうちの一つ（26で示されている）はダクト23の壁と接触することになり、壁24の反対のエッジは、ダクト21のブランチの全断面（section）の一部分だけを構成する領域27(底壁21bに隣接している)は、どんな場合も空気の通過が自由となるようにするように、スロットルバルブ23を構成する翼24の揺動軸25は、肘部分20の上流ブランチ21の軸Aから離れてセットされる(図面を参照すること)。
【００１４】
したがって、スロットルバルブ23が最大閉口状態にあるときに、スロットルバルブの上流には、壁21bに隣接して軸Aから離れてセットされた集中流れ(図２および３)が到着する。集中流れは、ブランチ21からブランチ22に方向を変える結果として(図２を参照)、流れ自体の回転または旋回（whirling）の動きに上昇を与える。
【００１５】
したがって、図２において矢Gで模式的に示されるように、スロットルバルブ23の上流にある気流は、螺旋形の経路に従って下流ブランチ22を横断する。
【００１６】
本発明のさらに重要な特徴によれば、翼24は翼を広げた（winged）タイプのプロフィールを持っており、その結果、ダクト21のブランチの軸Aに関して少し傾いているとき(図５ｃを参照)、その二つの対向面を重ね合わせる（lap）気流は、壁21bの方向にそらされる（deflected）ために、その面に付着し続けようとする。
【００１７】
EGRダクト16の合流点18の上流にデバイス19を設けることは、負圧力を生成してスロットルバルブ23を閉じることを可能にする。そのことは、EGRダクト16の端で圧力差を増加させる。このことにより、微粒子のフィルタ10の出口と過給機5への入口との間の圧力の違いが、通常十分でなかった状態で排気ガスを再循環することが可能となる。更に、それは、EGRダクト16にセットされたバルブ17の調整（regulation）の特徴も改善する。
【００１８】
上に明示された利点に加えて、本発明に係るデバイスは、供給空気の流れに上記旋回運動を与えることができ、過給装置の動作効率の利点となる。
【００１９】
図５は、スロットルバルブ23の翼24の調整（regulation）のための様々な位置を示す。図５の(a)に示された状態で、翼24は、ダクト21のブランチの軸Aに関して最大傾斜に達して、従って最大の負圧力を生成する。前記状態で、過給機に専念する（take to）ダクト20の部分の下流ブランチ22に、空気の流れを接線方向に導入するおかげで、旋回する動きの生成に最大の効果が得られる。流体が流れるためのギャップ27は、エンジンの動作のすべての状態で所望のガスの量を再循環するのに十分な負圧力を保証するように寸法構成される。
【００２０】
図５の(b)に示した状態では、空気が翼の下または上を自由に通過することができるように、翼24の上端は、ダクトの対応する壁から離れる（move away from）。軸Aに関しての翼24の傾斜が相当大きいままであるので、翼の二つの対向面を包む（lap）流れは、翼の表面に関して「分離している（detached）」。もちろん、翼上の空気の流れは、前旋回の影響と吸引圧力の影響とを減少させている。
【００２１】
図５の(c)に示した状態では、軸Aに関しての翼24の傾斜は、比較的小さくなる、翼24の空気力学的プロフィールは、その二つの対向面を包む（lap）流れがそれに付着したままにすることを可能にする。従って、壁21bの方向に空気の全流れを下方に片寄らせて、図５(b)の状況で起こることに関して、前旋回の効果の必然的な増加が得られる。前記状態において、流れに対する抵抗が相当に減少する。翼のプロフィールを最適化すればするほど、前旋回で発生した圧力降下小さくなる。この動作モードは、排気ガスの再循環がなくて負圧力を必要としないが、前旋回のレベルを増加させて過給機の挙動を改善するエンジンを動作させるそれらの状態には特に興味深い。
【００２２】
最後に、図５の(d)に示した状態では、翼24は軸Aと並行であり、その結果、流れに対する最小の抵抗と、前旋回の影響の全消失が得られる。他方、それは高い毎分回転数には不可欠ではない。
【００２３】
図６は、ディーゼルエンジンにおける本発明に係るデバイスの使用の可能な基準（criterion）を提供する図を示す。図６の各ポイントは、エンジンの操作の特定の状態に対応して、回転の所定値および有効平均圧力（effective mean pressure）の所定値によって決定される。図は、十分な負荷状態を示す曲線Lの下に領域(a)、(b)、(c)および(d)に分割される。各領域は、図５の(a)、(b)、(c)および(d)によって示された動作状態に対応している。ラインEは、排気ガスの再循環が発生する動作状態の限界を提供する。理解されるように、エンジンが低負荷および低速度にあるときには、翼は、最大閉口の位置(a)にあり、負荷および速度が増加するときに最大開口の状態に移動する。十分な負荷で低速度のポイントで、前旋回の動きによって、過給機における押し寄せる（surging）現象の開始が、高い過給圧力値で、移動することができる。エンジン性能の向上につれて、より大きな程度まで過給することができる。速度が上昇するとき、流速を大きくするために成長するヘッドの損失を含むために、デバイスを徐々に開けること、つまり翼の傾斜角を小さくすることが望ましい。毎分2000回転を越える十分な負荷では、過給機への入口の空気の回転は、それ以上の利点を生み出さない。
【００２４】
部分負荷のポイントでは、所望のガス量を再循環させるために十分な負圧力を保証することが必要である。翼は、そのとき広い角度(位置(a)及び(b))で働く。同時に、これらの状態にあるデバイスによって生成された前旋回によって、タービンで回復した仕事（work）と排気での逆圧とを減らして、過給機の効率の改良することができる。これにより、燃料消費および排出（emission）が低減される。
【００２５】
本出願人によって前に提案されたシステム(過給機の入口にスロットルバルブを持った、過給機の上流にEGR(つまり供給ダクトの低圧の伸び（stretch））を想定している)と比較して、本発明に係るデバイスによって以下の利点を得ることができる。すなわち、主に過給機のサージング（surging）を受けること無く、より高い許容過給圧力により、低い毎分回転数でのエンジン性能を向上すること、及び、過給機の効率を向上させるために部分負荷でより少ない消費、およびより低い消費水準に連関して、導入燃料を低減するために潜在的により少ない排出という利点を得ることができる。
【００２６】
過給機の入口での供給空気の流れに旋回を生成することができる他の既知デバイスと比較して、本発明に係るデバイスは、デバイスの便利な設置を可能にするという利点とともに、低圧でガスの再循環を行うためのシステムを備えたエンジンに関していかなるコスト増加も必要としないという利点を与える。
【００２７】
本発明に係るエンジンは、あらゆる所定のロジックに従って、例えば、図６に示されたタイプのマップに基づいて、エンジンの毎分回転数および負荷を検出するセンサーによって発せられた信号に従ってスロットルバルブの開きを制御するあらゆる既知タイプのアクチュエータ手段(不図示)を制御する電子制御装置を備えている。
【００２８】
もちろん、本発明の原理を害することなく、構造の細部および実施態様は、本発明の範囲を逸脱することなく、単に実施例として本願に記載され図示されたものに関して幅広く変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るデバイスが適用される、過給機の上流に排気ガスの再循環を持った、ターボ過給されたディーゼルエンジンを提供するためのシステム図である。
【図２】本発明に係るデバイスの動作原理を示す模式的斜視図である。
【図３】図２のデバイスの横断面図である。
【図４】図２のデバイスの横断面図である。
【図５】デバイスの一連の異なった作動状態の模式的な例示である。
【図６】本発明に係るデバイスの使用の可能な基準を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  ４シリンダ・ディーゼルエンジン
２  吸気マニホールド
３  排気マニホールド
４  吸気バルブ
５  過給機
６  中間冷却器
８  タービン
１１  再循環用システム
１５  中間冷却器
１６  ＥＧＲダクト
１８  合流点
１９  デバイス
２０  肘部分
２１  ダクトのブランチ
２３  スロットルバルブ
２４  翼（vane）部材
２５  揺動軸
２７  ギャップ
Ｆ  空気の流れ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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